铝挤压模具真空淬火工艺

摘要：复杂断面铝挤压模具经真空淬火与电加工后淬火表层经再回火处理后模具寿命提高两倍。

一、问题

本公司是为全国铝型材行业500吨—5500吨挤压机专门制造挤压模具的专业公司。每年此模具淬火近100吨，氮化近30吨。模具加工工艺如下：

1、加工路线

粗加工(单面留0.2—0.5mm余量)→淬火→精加工，电加工→打光，装配试模→氮化。

2、热处理

(1)材料：4Cr5MoSiV1(H13)。
(2)技术要求：HRC48—52。
(3)热处理工艺与设备：

1020℃加热，油冷，580℃、550℃两次回火。设备为75KW盐炉，90KW气体渗碳炉保护加热，井式回火炉回火。模具试模后在我厂或用户方氮化处理，方法为普通气体氮化，工艺为570℃、6小时氮化处理，氮化层深度为0.06—0.08mm，氮化层硬度为HV900。

用以上方法处理一般断面模具，挤压杆，积压筒均可保证在使用中不塌不裂。硬度有的也可放宽为HRC<46—53>。这种情况下挤压寿命主要取决于氮化质量和次数。

但是近几年来随着工业飞速发展，各种复杂断面电子工业用散热片，电机外壳等型材大量需求，如图1示。这种复杂断面的模具约占总量的四分之一左右。

图1 复杂断面铝型材

这些型材在挤压时挤压比很大，流动成型阻力大，模具的某些工作断面承受极大的剪切应力，如图2，图3示。模具的悬牙，悬桥在挤压中早期出现倒牙，塌桥(HRC<46>)或断牙，断桥(HRC53)即使硬度在合格范围内挤压寿命也不高，怎么解决这个难题？当然选用进口钢材，例如瑞典8407或日本SKD61，寿命可能提高，但进口料价格80元/kg，比国产料16元/kg高出几倍，这样一来在模具价格上用户不肯接受，所以这是一个课题。(挤压模具材料费在模具成本中比例较大)。

图二：散热片平模模具

图3：电机壳凸模模具

还有这种情况：在氮化时或挤压前预热时(温度490℃—520℃)偶尔有跑温现象发生，这时模具硬度下降，不能再使用，必须重淬，但这时模具已配合成型，间隙0.02mm左右，如重淬变形是个难题，如不重淬将造成批量报废，损失较大。这也是生产中遇到的一个课题，针对以上问题，三年来我们采取了以下方法，取得了良好效果，介绍如下。

二、真空油淬与真空低压气淬

1、真空油淬

工艺如图4示：

图4：真空油淬、回火工艺曲线

由于真空炉比盐炉，气体渗碳炉保护加热有以下明显优点：

(1)加热升温有两次等温，升温十分缓慢，热应力很小。
(2)真空加热恒温时温差小，故加热十分均匀，工艺过程由微机控制，所以各炉次的工艺一致性好，并可避免人工操作带来的误差。
(3)冷却时真空淬火油洁净，同时有油揽拌，故冷却比较均匀。
(4)真空加热时可脱去钢中有害气体，表面没有脱碳或渗碳。

所以真空淬火模具硬度十分均匀，通过回火后硬度可严格控制在HRC49—52范围内，模具的各个断面强度均匀而且有所提高，所以模具寿命有明显提高。

2、真空低压气淬

对跑温返淬成型模具，我们采用低压气淬，在冷室中回充氮气约7×10 PA，风扇搅拌如图5示：

图5：真空低压气淬工艺曲线

通过多炉生产实践证明，采用此工艺，截面厚度≤50mm，注意松散摆放，均可淬硬到技术要求，补救可百分之百成功，变形十分微小。

三、电加工后表面淬火层再回火处理

模具经电加工后，尤其是电脉冲加工，在金属表层会形成15μ-30μ淬火组织，如图6示：

图6 H13电加工后金相组织 x500

在复杂断面悬牙两侧存在硬而脆的淬火层，在挤压时在极大剪切应力作用下会形成微细裂纹，逐步扩展而形成掉牙的一个因素，所以我们增加了电加工后530℃-560℃，2小时再回火处理，避免表面氧化；这样就杜绝了早期掉牙现象产生。

四、结论

1、复杂断面挤压模具经真空淬火与电加工后再回火处理，使模具使用寿命提高2倍，杜绝掉牙，断桥现象产生。
2、跑温模具可采用低压气淬补救。
3、真空炉虽一次投资高，热处理价格也比常规热处理提高一倍，但对复杂端面模具而言，非其莫属，经济效益明显。
4、ψ730mm气体保护加热时，严格控制滴量，否则，脱碳严重，在检验硬度时增加困难，严重增碳时因加工量小会影响以后的氮化效果，当然有条件的话，使用大型真空炉油淬或高压气淬，效果最佳。